大气水汽国内外研究.doc

1 原理是大气辐射传输模型，地物在近红外波段的反射率大致相等或呈线性变化，因此，大气水汽的透过率就可以通过一个吸收通道和一个窗口通道的比值得到，而水汽通过率又与大气水汽总含量有关系，从而可以求得大气中的水汽总含量。再利用水汽总含量与单位面积的气柱水汽含量的关系式求得气柱水汽含量。也就是两通道或三通道比值法。结果表明，近红外通道反演效果优于红外通道，主要是由于低云对红外通道的影响造成的。2 采用modis传感器36个波段中5个波段的地表辐射数据，其中，17、18、19波段是水汽的吸收波段，2、5波段是大气窗口波段。首先，对modis1B数据进行几何定位和辐射定标，利用辐射传输方程和水汽透过率与大气水汽含量的关系式求得水汽含量反演值w1；然后利用探空观测数据计算水汽含量观测值w2。对w1和w2进行对比得到反演精度和可靠性。3 modis大气水汽反演主要有两种算法：两通道比值和三通道比值法。反演水汽算法是以辐射传输方程为基础进行推导的。每个像元的水汽含量是有明显差异的，海洋上空水汽含量明显高于陆地上空。4 用roi工具在图像上存在探空数据的地方及水陆区域划出几个感兴趣区，通过计算最大最小值、均值、标准差等统计量评价反演精度和可靠性。用2D Scatter plot工具进行一元相关性分析等。国内研究1959年，吴伯雄利用1956年全国月平均探空资料，首次绘制了中国上空水汽含量分布图。继后，随着探空气象站的增加和资料的累积，郑斯中、杨德卿，邹进上、江静、陆渝蓉、高国栋以及刘国纬等，也相应研究了中国上空的水汽含量及其时空分布。其中邹进上等较全面、深入地阐明了中国上水汽含量时空分布的基本特点和控制因子。目前常规无线电探空每天2次的标准观测和台站密度以及探测的精度已经不能满足水汽时间空间多变性的要求。水汽微波辐射计(Water Vapor Radiometer-WVR)的发展提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液态水总量的手段。一些不同的辐射计相继被使用，星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。同时由于云的存在使这种应用受到限制。地基微波辐射计不受低空中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率，但时间分辨率比较差。 随着全球定位系统(Global Positioning system一GPS)这一技术的迅速发展，GPS接收机逐渐被许多领域所应用。Bevis等提出了采用地基GPS技术探测含量的原理。但是GPS遥感低层大气的误差源还比较多，而大气水汽含量恰恰集中在3km以下的低层大气，因此GPS遥感大气水汽的精度还难以满足大气校正中对水汽参数的要求。宋正方等人提出了大气水汽的红外遥感方法，讨论了利用差分吸收法来探测大气中的水汽，水汽透过率用辐射计测量，水汽含量用他们自行编制的红外辐射大气透过率计算程序来计算。陈洪滨等通过计算红外太阳波段的透过率来反演大气可降水量。南京大学毛克彪，覃志豪等人提出了针对MODIS数据的大气水汽含量反演方法，给出了大气水汽含量反演算法公式。用MODIS遥感图像对汉江地区的大气水汽含量进行了反演，反演结果表明了该方法的可行性，从影像上可以看出，几乎每个像元的水汽含量都有差异，比传统的用大气模型相比至少在理论上提高了适用性。胡秀清、张玉香等利用MODTRAN3.7模式模拟出太阳辐射计940nm通道透过率与水汽量关系常数，考虑了通道的光谱响应函数和不同大气模式的影响，模拟结果表明窄通道(小于10nm)上述关系常数受大气模式影响不大。总消光剔除气溶胶和分子散射，就得出水汽的透过率，从透过率反演水汽量。国外研究现状表面温度作为一个参数对于大空间尺度、长时间段制图与探测都是非常重要的。这一参数可以通过去除波谱区内主要由水汽吸收造成的大气贡献的空间热红外卫星数据获得。有很多不同的方法可以被用于估算这种影响，这其中最简单的要数劈窗算法，因为它除了需要辐射亮温值外不需要任何其他的辅助性数据。近期Harris和Mason；Sobrinoetal.；Francois和Ottle等人提出通过输入运算法则来改进表面温度反演算法。从红外辐射计，特别是从劈窗通道估算大气水汽变量来反演表面温度的方法已经被众多的研究者探索过。第一位研究者是Dalu（1986），继而是Schluessel(1989)，他们表示降水量与用辐射传输模型模拟的在11 m和12 m通道的不同亮温值有关。而后，Eck和Holben(1994)表示这一关系的灵敏度与表面条件，特别是地表反射率有关，必须做局部回归调整。而这些影响也已经由Choudhury(1995)等人在理论和数据上做了进一步的分析，他们阐明了通过不同亮温值估算大气水汽的可行性。leespies、McMillin(1990)和Jedlovec(1990)等人提出了相似的技术。第一种方法是基于辐射传输比与时间或空间不同亮温比的关系直接与大气水汽量相关提出的。第二种方法是基于辐射传输比与时间或空间不同亮温比的关系直接与大气水汽量相关提出的。第二种方法是基于被称作劈窗方差比(SWVR)的空间方差的被观测量温而提出。这一方法已经由Sobrino(1994)等人做了进一步的改进。他们提出了劈窗协方差-方差比（SWCVR）算法，其在理论上对于表面反射率有更小的敏感度。在最新的研究中，Ottleet al。(1997)提出了一种等效于Sobrino et al。(1996)方法的协方差比率技术。并将反演陆面和洋面大气水汽含量的两种算法应用到AT